交流電網繼電保護功能及原理（變壓器、母線、站域、廣域保護）-繼電保護髮展及相關技術探討之四
變壓器的主要故障型別有匝間故障、相間故障、鐵心發熱等，圖1是保護功能的主要配置圖。變壓器差動作為變壓器的主保護，應用時需要注意以下幾點：（1）變壓器具有多個電壓等級，互感器引數也不一樣，會產生較大的不平衡電流；（2）正常狀態下，受分接頭的影響，需要進行平衡補償和相位補償；（3）正常執行時，勵磁電流是不平衡電流的來源之一，同時在匝間短路故障時，差動電流可能不大，也就是說有可能仍然有電流流出，這時靈敏度會受到影響。
簡要介紹一下勵磁湧流，勵磁湧流是在鐵心飽和時引起的衝擊，或者是由於外部故障恢復時磁鏈不能突變產生的飽和，因此勵磁湧流就會引起差動保護的誤動，所以需要利用包括二次諧波等原理對諧波進行識別。
圖1 變壓器保護功能配置圖
下面介紹母線保護，主要難點在於如何識別變化的接線方式。通常為了加快差動保護的動作速度，提高重負荷、高阻接地情況下的靈敏度，採用快速虛擬比相式突變數在短時投入來加快保護動作速度。簡單介紹一下母線差動保護需要注意的地方，差動保護對於母線來說執行方式變化較大，在最大的執行方式情況下，外部短路時，穿越性電流很大，造成的不平衡電流也很大，不能誤動，但是在最小執行方式情況下，內部短路時，它的短路電流很小，但這時候又要快速動作，這樣，選擇性和靈敏性就產生了矛盾，主要技術難點是飽和，發生轉換性故障時快速的開放。
下面簡要介紹一下母線保護存在死區保護的問題，死區故障主要指在母聯分段的CT和斷路器之間的故障，當故障點在二母CT和母聯開關中間的時候，由於整個CT的連線關係，只有一母動作，但是故障點在二母的時候，實際上是無法動作的，故障也是切不開的，那這時候需要一母差動保護動作後，透過軟體來自動退出識別母聯電流，一旦退出後二母形成差流，就可以切除整個故障。
圖2 母線保護存在一個死區保護
前面介紹了發變組、線路、變壓器、母線保護，除了線路保護是利用對側資訊構成的差動以外，其他保護都是使用本側的資訊，這使得保護有一定的侷限性，比方說前面提到了後備保護整定困難，導致失配等問題。目前軟、硬體技術、網路通訊水平都在迅速發展，因此主要的研究思路是形成就地層、站域層、廣域層的層次化保護。就地層主要是主保護就地化，主保護要保障繼電保護的四性，簡化二次迴路；廣域層能夠有機的協調，一切資訊透過GOOSE網來傳輸，充分發揮智慧站資訊共享的優勢。站域保護已經在多個變電站中應用，產生了較好的執行效果，主要是綜合利用站間的全站資訊完成間隔保護的協調，站內的多點資訊綜合判斷故障的位置，同時能夠改善傳統保護的效能，還可以把站內的備投、低頻電壓、減載、過載、零切的功能進行有機的融合，來完成保護和控制之間的協調配合，同時向下最佳化就地保護裝置，向上對廣域保護提供相應的狀態。
圖3 站域保護
廣域保護或者稱為區域保護是在站域保護的基礎上，充分利用區域的資訊、通訊的資訊和技術實現不同站之間保護功能的配合以及保護和控制之間的配合，一般來說可以採用集中加分散式的架構也可以採用功能分散式的架構，在廣域層可以透過獲取更大範圍的資訊來實現電網的快速自愈，同時還可以解決站域保護中無法應對的問題，比如全站的直流失電保護、保護和控制之間的配合問題。目前，高校、科研機構、國網、南網、裝置廠家對此研究的非常多，也存在爭議，但是有爭議就說明還存在研究的潛能。專家學者希望能夠在傳統保護上面利用現今優勢技術找到新的思路和辦法，解決目前複雜電網情況下不能夠解決的問題。目前已經形成了試點方案，希望未來透過大家的努力會有更好的思路。
圖4 廣域保護
作者簡介：秦紅霞，教授級高階工程師。1989年考入西安交通大學電力系統及其自動化專業，本科，1996年畢業於西安交通大學電力系統及其自動化專業，工學碩士。1996年7月進入北京四方繼保自動化股份有限公司工作，歷任裝置研發部經理，穩控事業部副主任，直流輸電事業部主任，產品研發中心主任等職位，現任公司副總裁兼總工程師、研究院院長。
多年來一直從事電力系統自動化領域的研發工作，作為專案負責人研製過中低壓保護、高壓線路保護、安全穩定控制系統，廣域保護控制系統以及直流輸電控制保護系統等產品，並得到了廣泛應用，目前在能源網際網路、配用電領域也在進行深入的研究探索工作。
獲得中國電力科學技術進步獎一等獎、三等獎各一項， 北京市科學技術獎二等獎兩項，以及北京市茅以升青年科技獎，發表論文10餘篇，獲得專利20餘項，聯合出版著作4部，現擔任中國電工技術學會控制與保護專委會副主任委員，中國電機工程學會繼電保護專業委員會副主任委員，電力行業繼電保護標準化技術委員會副主任委員，全國量度繼電器和保護裝置標準化技術委員會靜態繼電保護裝置分委會委員，北京市軟體行業協會副會長。
